Ventil für eine Kraftstoffeinspritzkomponente

Die Erfindung betrifft ein Ventil für eine Kraftstoffeinspritzkomponente, beispielsweise für einen Kraftstoffinjektor oder für einen Hochdruckspeicher.

Stand der Technik

Ein derartiges Ventil ist aus der DE 10 2011 004 186 A1 bekannt. Das bekannte Ventil weist einen Hochdruckraum, einen Niederdruckraum, einen Ventilkolben, eine Ventilhülse und einen Ventilsitz auf. In der Ventilhülse ist eine Führungsbohrung ausgebildet, in welcher der Ventilkolben in Längsrichtung geführt ist. Dadurch ist die Ventilhülse von dem Ventilkolben über eine Führungslänge L längsbeweglich geführt. Die Ventilhülse wirkt durch ihre Längsbewegungen zum Öffnen und Schließen einer hydraulischen Verbindung von dem Hochdruckraum zu dem Niederdruckraum mit dem Ventilsitz zusammen. Zwischen dem Ventilkolben und der Führungsbohrung ist ein Leckagespalt ausgebildet, wobei der

Leckagespalt den Hochdruckraum zumindest mittelbar mit dem Niederdruckraum verbindet. Im Bereich des Leckagespaltes ist am Ventilkolben in Umfangsrich- tung eine Umfangsnut ausgebildet, die der Verhinderung von schädlichen Belägen aus Kraftstoffbestandteilen dient, welche sich am Ventilkolben oder an der Ventilhülse bilden können. Die Belagsbildung kann andernfalls zum Verschleiß der Bauteile und zu Funktionsstörungen des gesamten Ventils führen.

Offenbarung

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die weitere Reduzierung von Verschleiß und die Minimierung von Funktionsstörungen am gesamten Ventil der Kraftstoffeinspritzkomponente, indem Schiefstellungen von Ventilkolben und Ventilhülse minimiert werden. Schiefstellungen von Ventilkolben und Ventilhülse entstehen durch Querkräfte, hervorgerufen beispielsweise durch ungewollte Toleranzen oder unvorteilhafte Kraftstoffströmungen, oder aber auch durch Steuerkräfte eines Aktors. Diese Schiefstellungen wiederum verursachen Verschleiß zwischen Ventilkolben und Ventilhülse, aber auch zwischen Ventilhülse und Ven- tilsitz. Gleichzeitig kommt es dadurch zu Funktionsstörungen am Ventil.

Die vorliegende Erfindung minimiert den Verschleiß und die Funktionsstörungen und erhöht damit die Lebensdauer des gesamten Ventils, indem zumindest eine Umfangsnut am Ventilkolben im Leckagespalt so positioniert wird, dass eine Leckageströmung des Kraftstoffs durch den Leckagespalt so von der Umfangsnut beeinflusst wird, dass die hydraulischen Querkräfte auf Ventilkolben und die Ventilhülse stark verringert werden. Ursächlich für die hydraulischen Querkräfte sind Kräfte und mechanische Momente die von außen auf Ventilkolben und Ventilhülse wirken und dadurch einen Schiefstand des Kolbens innerhalb der Hülse erzwingen.

Dazu umfasst das Ventil einen Hochdruckraum, einen Niederdruckraum, einen Ventilkolben, eine Ventilhülse und einen Ventilsitz. In der Ventilhülse ist eine Führungsbohrung ausgebildet, in welcher der Ventilkolben angeordnet ist. Da- durch ist die Ventilhülse von dem Ventilkolben über eine Führungslänge L längsbeweglich geführt. Die Ventilhülse wirkt durch ihre Längsbewegungen zum Öffnen und Schließen einer hydraulischen Verbindung von dem Hochdruckraum zu dem Niederdruckraum mit dem Ventilsitz zusammen. Zwischen dem Ventilkolben und der Führungsbohrung ist ein Leckagespalt ausgebildet, wobei der

Leckagespalt den Hochdruckraum zumindest mittelbar mit dem Niederdruckraum verbindet. Im Bereich des Leckagespaltes ist am Ventilkolben in Umfangsrich- tung eine Umfangsnut ausgebildet. Erfindungsgemäß ist die Umfangsnut in einem Abstand L^ der das 0,64-fache bis 0,89-fache der Führungslänge L beträgt, vorzugsweise das 0,64-fache bis 0,83-fache der Führungslänge L, vom Hoch- druckraum entfernt angeordnet.

Durch diese Positionierung der Umfangsnut in dem Abstand L vom Hochdruckraum bzgl. der Führungslänge L wird ein Druckausgleich in Umfangsrichtung erzielt und dadurch werden im Leckagespalt der Ventilkolben und die Ventilhülse gleichmäßiger umströmt bzw. durchströmt. Dadurch kommt es zu hydraulischen

Kräften auf den Ventilkolben und die Ventilhülse, die in radialer Richtung, also senkrecht zu der Bewegungsrichtung der Ventilhülse ein Minimum erreichen. Diese hydraulischen Querkräfte erzeugen innerhalb des Leckagespaltes an bestimmten Stellen direkten Kontakt zwischen Ventilhülse und Ventilkolben mit entsprechenden Verschleißerscheinungen. Weiterhin wird durch diese Positionie- rung der Umfangsnut die Leckagemenge minimiert.

Im Idealfall wirkt die Leckageströmung mit ihren hydraulischen Kräften zentrierend auf den Ventilkolben und die Ventilhülse, so dass Ventilkolben und Ventilhülse koaxial zueinander ausgerichtet werden. Der Leckagespalt weist dann über die gesamte Führungslänge L und den gesamten Umfang eine nahezu gleichmäßige Spalthöhe auf.

Vorzugsweise ist die Umfangsnut in einem Abstand Li , der das 0,75-fache bis 0,77-fache der Führungslänge L beträgt, vom Hochdruckraum entfernt angeord- net. Dies ist die optimierte Position der Umfangsnut, sofern nur eine einzige Umfangsnut in dem Leckagespalt angeordnet ist.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist am Ventilkolben eine weitere Umfangsnut innerhalb der Führungslänge L in Umfangsrichtung ausgebildet. Die weitere Um- fangsnut ist in einem weiteren Abstand L ₂ , der das 0,47-fache bis 0,62-fache der

Führungslänge L beträgt, vom Hochdruckraum entfernt angeordnet. Durch die weitere Umfangsnut wird die Kraftstoffströmung noch vorteilhafter beeinflusst, so dass sich die hydraulischen Kräfte sehr homogen innerhalb des Leckagespalts verteilen. Die Leckagemenge zwischen Ventilkolben und Ventilhülse wird eben- falls minimiert.

Vorzugsweise ist die weitere Umfangsnut in dem weiteren Abstand L ₂ , der das 0,53-fache bis 0,55-fache der Führungslänge L beträgt, vom Hochdruckraum entfernt angeordnet. Dies ist die optimierte Position der weiteren Umfangsnut, so- fern zwei Umfangsnuten in dem Leckagespalt angeordnet sind.

Vorteilhafterweise ist dabei die Umfangsnut in einem Abstand U von 0,78*L bis 0,80*L vom Hochdruckraum entfernt angeordnet. Dies ist die optimierte Position der Umfangsnut, sofern zwei Umfangsnuten in dem Leckagespalt angeordnet sind. ln einer vorteilhaften Ausführung ist das Ventil ein im Wesentlichen kraftausgeglichenes Ventil, wobei der Durchmesser des Ventilsitzes und der Durchmesser der Führungsbohrung etwa gleich groß sind und wobei der Hochdruckraum radial von der Ventilhülse begrenzt wird. Bei dieser Art des kraftausgeglichenen Ventils wird der Hochdruckraum über den Leckagespalt abgedichtet. Dadurch kommt es prinzipbedingt zu einer vergleichsweise starken Leckageströmung, welche im ungünstigen Fall bei einer zwangsweisen Schiefstellung des Ventilkolbens zur Ventilhülse erhebliche, hydraulische Querkräfte mit Verschleißeffekten verursachen kann. Gerade diese Leckageströmung wird aber durch die genaue Positionierung der Umfangsnut, und optional auch der weiteren Umfangsnut, so vorteilhaft gestaltet, dass die hydraulischen Querkräfte durch Ausrichtung des Ventilkolbens zur Ventilhülse reduziert werden, wobei gleichzeitig die Leckagemenge minimiert wird.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Ventilhülse Teil eines Magnetankers, und der Magnetanker ist von einem Magnetaktor elektromagnetisch ansteuerbar. Aufgrund der Ansteuerung durch den Magnetaktor können Querkräfte direkt in den Magnetanker und damit in die Ventilhülse eingebracht werden und verursachen einen zwangsweisen Schiefstand des Ventilkolbens in der Ventilhülse. Dies verursacht wiederum hydraulische Querkräfte und Kontaktkräfte mit Verschleißbildung im Leckagespalt Durch die vorteilhafte Gestaltung der Leckageströmung aufgrund der Positionierung der Umfangsnut, und optional der weiteren Umfangsnut, werden diese hydraulischen Querkräfte und die gegenwirkenden Kontaktkräfte erheblich reduziert.

In einer vorteilhaften Ausführung ist die Ventilhülse von einer Ventilfeder mit einer Federkraft in Richtung des Ventilsitzes beaufschlagt. Auch die Ventilfeder kann potenziell Querkräfte in die Ventilhülse eintragen. Durch die vorteilhafte Gestaltung der Leckageströmung aufgrund der Positionierung der Umfangsnut, und optional der weiteren Umfangsnut, werden hydraulische Querkräfte und dadurch verstärkte, verschleißfördernde Kontaktkräfte reduziert.

In einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Ventil in einem Gehäuse angeordnet. Der Ventilkolben ist mit einer dem Hochdruckraum gegenüberliegenden Stirnseite zumindest mittelbar in Anlage an dem Gehäuse. Speziell bei druckausgeglichenen oder teildruckausgeglichenen Ventilen wird somit die hydraulische Kraft, die im Hochdruckraum auf den Ventilkolben wirkt, von diesem an das vergleichsweise steife Gehäuse übertragen. Bei Ventilkolben, über deren Länge eine große Druckdifferenz aufgrund der hydraulischen Kräfte herrscht, ist es besonders wichtig, dass der Druckverlauf zumindest in Umfangsrichtung möglichst homogen gestaltet ist. Dies wird in der vorliegenden Erfindung aufgrund der genauen Positionierung der Umfangsnut (und der weiteren Umfangsnut) erreicht.

In besonders vorteilhaften Ausführungen ist das Ventil Bestandteil eines Kraftstoffinjektors zum Einspritzen von Kraftstoff in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine. Der Kraftstoffinjektor umfasst eine in einem Druckraum längsverschiebbar angeordnete Düsennadel, wobei der Druckraum mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff über einen Hochdruckkanal gespeist wird. Die Düsennadel wirkt durch ihre Längsbewegung mit einem Düsennadelsitz zusammen und öffnet und schließt dadurch wenigstens eine Einspritzöffnung in den Brennraum. Die Längsbewegung der Düsennadel wird dabei durch den Druck in einem Steuerraum gesteuert. Der Druck in dem Steuerraum wiederum wird durch ein erfindungsgemäßes Ventil gesteuert. In dem Kraftstoffinjektor ist das Ventil vorteilhafterweise als Servoventil ausgeführt, das mit den sehr hohen Drücken (teilweise bis über 2500 bar) des Kraftstoffinjektors betrieben wird. Dadurch herrscht, speziell bei kraftausgeglichenen Ventilen, eine sehr große Druckdifferenz im Leckagespalt über die Führungslänge L und auch eine prinzipbedingte vergleichsweise hohe Leckageströmung. Dementsprechend wirken hohe hydraulische Kräfte auf den Ventilkolben und die Ventilhülse, die die vorangehend schon beschriebenen schädlichen Schiefstellungen verursachen können. Weiterhin weisen derartige Ventile eine vergleichsweise hohe Leckagemenge auf. Die vorteilhafte Gestaltung der hydraulischen Kräfte innerhalb des Leckagespalts ist bei derartigen Ventilen besonders wichtig, um einerseits die Lebensdauer des Ventils und damit des gesamten Kraftstoffinjektors zu erhöhen, und andererseits die Leckagemenge des Ventils zu minimieren.

Zeichnungen

Fig.1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ventils im Längsschnitt, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind. Fig.2 zeigt einen Kraftstoffinjektor mit einem weiteren Ausführungsbeispiel des Ventils im Längsschnitt, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind.

Fig. 3 zeigt beispielhaft die Positionierung von Umfangsnuten an einem Ventilkolben des erfindungsgemäßen Ventils.

Fig.4 zeigt die auf den Ventilkolben wirkende Querkraft F _Q [N] in Abhängigkeit der Positionierung einer Umfangsnut.

Fig.5 zeigt den zum Ausführungsbeispiel der Fig.4 gehörenden Leckagestrom.

Figuren 6a, 6b, 6c zeigen lokale Druckverläufe an der Position x über die Führungslänge L bei schiefstehendem Ventilkolben.

Gleiche Bauteile bzw. Teile mit gleicher Funktion sind in den Figuren mit den gleichen Bezugsziffern versehen.

Beschreibung der Zeichnungen

In der Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Ventils 10 im Längsschnitt dargestellt, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind. Das Ventil 10 weist eine in Richtung des Doppelpfeils 11 auf- und abbewegliche, im Wesentlichen zylinderförmige Ventilhülse 12 auf. In der Ventilhülse 12 ist in axialer Richtung, welche mit der Richtung des Doppelpfeils 11 übereinstimmt, eine Führungsbohrung 13 ausgebildet. In der Führungsbohrung 13 ist ein Ventilkolben 14 angeordnet. Dabei ist der Durchmesser der Führungsbohrung 13 nur etwas größer als der Außendurchmesser des Ventilkolbens 14, so dass sich zwischen der Führungsbohrung 13 und dem Ventilkolben 14 lediglich ein kleiner Leckagespalt 15 ausbildet. Die Ventilhülse 12 ist somit auf dem Ventilkolben 14 in axialer Richtung über eine Führungslänge L geführt. Der Hub der Ventilhülse 12 ist dabei vergleichsweise gering, so dass die Führungslänge L durch den Hub nur unwesentlich beeinflusst wird.

Durch ihre Auf- und Abwärtsbewegung wirkt die Ventilhülse 12 mit einem an einem Ventilkörper 21 ausgebildeten Ventilsitz 22 zusammen und öffnet und schließt dadurch eine hydraulische Verbindung von einem Hochdruckraum 23 zu einem Niederdruckraum 24. Der Hochdruckraum 23 ist zwischen Ventilkörper 21 , Ventilhülse 12 und Ventilkolben 14 ausgebildet und über eine in dem Ventilkörper 21 ausgebildete Ablaufdrossel 25 mit einem weiteren Hochdruckraum, beispielsweise einem Steuerraum eines Kraftstoffinjektors oder einem Speicherraum eines Hochdruckspeichers verbunden. Bei von dem Ventilsitz 22 abgehobener Ventilhülse 12 wird der Hochdruck im Steuerraum bzw. im Speicherraum dann durch Abfluss in den Niederdruckbereich 24 entsprechend abgebaut.

Im Ausführungsbeispiel der Fiq.1 ist das Ventil 10 als Magnetventil ausgeführt. Die Ventilhülse 12 ist Bestandteil eines Magnetankers 31 , welcher benachbart zu einem Magnetaktor 30 angeordnet ist. Der Magnetaktor 30 ist ortsfest mit einem Gehäuse 20 verbunden, in welchem das Ventil 10 angeordnet ist. Bei

Bestromung des Magnetaktors 30 erfährt der Magnetanker 31 und mit ihm die Ventilhülse 12 eine elektromagnetische Kraft, die vom Ventilsitz 22 weggerichtet ist. Weiterhin ist zwischen dem Gehäuse 20 und dem Magnetanker 31 eine Ventilfeder 32 angeordnet, die den Magnetanker 31 bzw. die Ventilhülse 12 unter Zwischenlage einer Ausgleichscheibe 33 gegen den Ventilsitz 22 drückt.

In alternativen Ausführungsbeispielen können anstelle des Magnetaktors 30 auch alternative Aktoren, beispielsweise Piezoaktoren verwendet werden. In der Ausführung der Fig.l ist das Ventil 1 als„stromlos geschlossenes" Ventil 10 gestaltet, so dass bei nicht bestromtem Magnetaktor 30 die Ventilhülse 12 von der Ventilfeder 32 entgegen den hydraulischen Kräften im Hochdruckraum 23 gegen den Ventilsitz 22 gedrückt wird. In alternativen Ausführungen kann, durch aus dem Stand der Technik bekannte Umpositionierung von Magnetaktor 30 und Ventilfeder 32 das Ventil 10 jedoch auch als„stromlos offenes" Ventil 10 gestaltet sein. Das Ventil 10 des Ausführungseispiels der Fiq.1 ist als druckausgeglichenes

Ventil 10 ausgeführt. Das heißt: bei geschlossenem Ventil 10, also bei Anlage der Ventilhülse 12 an den Ventilsitz 22 sind die auf die Ventilhülse 12 wirkenden hydraulischen Kräfte nahezu ausgeglichen. Dies wird konstruktiv realisiert, indem der Durchmesser der Führungsbohrung 13 gleich dem Durchmesser des Ventil- sitzes 22 ist. Dies hat den Vorteil, dass der Magnetaktor 30 und die Ventilfeder

32 nur vergleichsweise geringe Kräfte für die Auf- und Abbewegung der Ventil- hülse 12 benötigen. Der im Hochdruckraum 23 herrschende Druck wirkt dabei so auf den Ventilbolzen 14, dass dieser mit einer dem Hochdruckraum 23 gegenüberliegenden Stirnseite 14a gegen das Gehäuse 20 gedrückt wird.

Auf der mit der Führungsbohrung 13 zusammenwirkenden Mantelfläche des Ventilkolbens 14 sind im Bereich des Leckagespalts 15 in Umfangsrichtung eine Umfangsnut 41 und eine weitere Umfangsnut 42 ausgebildet, wobei die weitere Umfangsnut 42 näher zum Hochdruckraum 23 positioniert ist als die Umfangsnut 41. Die Umfangsnuten 41 , 42 wirken als eine Art Druckausgleichs-, Schmier- und Verteilungsnuten und dienen einer Minimierung der hydraulischen Querkräfte und der Reibung zwischen Ventilkolben 14 und Ventilhülse 12 und damit einer Minimierung des Verschleißes. Erfindungsgemäß ist die genaue Positionierung der Umfangsnuten 41 , 42 entlang der Führungslänge L festgelegt. Die Umfangsnut 41 ist in einem Abstand der Länge Li vom Hochdruckraum 23 positioniert und die weitere Umfangsnut 42 in einem weiteren Abstand der Länge L ₂ . Am Ventilkolben 14 sind dabei entweder zwei Umfangsnuten, wie im Ausführungsbeispiel der Fiq.1 gezeigt, oder nur eine Umfangsnut 41 angeordnet. Die Beschreibung der genauen Positionierung der Umfangsnuten 41 , 42 erfolgt später.

Fig.2 zeigt einen Längsschnitt eines Kraftstoffinjektors 1 eines Kraftstoffeinspritz- systems mit einem erfindungsgemäßen Ventil 10, wobei nur die wesentlichen Teile dargestellt sind. Der Kraftstoffinjektor 1 dient der Einspritzung von unter Hochdruck stehendem Kraftstoff, der beispielsweise aus einem sogenannten Common Rail, aus einer Hochdruckpumpe oder aus einem internen Hochdruckspeicher des Kraftstoffinjektors 1 zugeführt werden kann, in einen Brennraum einer Brennkraftmaschine.

Der Kraftstoffinjektor 1 weist einen in einem Düsenkörper 2 ausgebildeten Druckraum 6 auf, in dem eine Düsennadel 3 längsverschiebbar angeordnet ist. Durch die Längsbewegung der Düsennadel 3 wirkt diese mit einem am Düsenkörper 2 ausgebildeten Düsennadelsitz 7 zusammen und öffnet und schließt dadurch zumindest eine im Düsenkörper 2 ausgebildete Einspritzöffnung 8 zur Einspritzung von Kraftstoff unter hohem Druck in den Brennraum der Brennkraftmaschine. Die Düsennadel 3 ist so ausgebildet, dass aufgrund des Hochdrucks im Druckraum 6 eine hydraulisch öffnende, d.h. vom Düsennadelsitz 7 wegführende Kraft wirkt.

Der Düsenkörper 2 ist unter Zwischenlage des Ventilkörpers 21 mit einem Haltekörper 4 durch eine Düsenspannmutter 9 verspannt. Durch den Haltekörper 4, den Ventilkörper 21 und den Düsenkörper 2 verläuft ein Hochdruckkanal 60, der den Druckraum 6 mit dem nicht dargestellten Common Rail bzw. dem Hochdruckspeicher oder der Hochdruckpumpe verbindet.

An dem brennraumabgewandten Ende der Düsennadel 3 ist zwischen der Düsennadel 3, dem Ventilkörper 21 und einer Hülse 61, in der die Düsennadel 3 längsbeweglich geführt ist, ein Steuerraum 5 ausgebildet. Die Hülse 61 wird von einer Düsenfeder 63, die mit einer an der Düsennadel 3 ausgebildeten Düsenna- delschulter 64 zusammenwirkt, gegen den Ventilkörper 21 gedrückt. Gleichzeitig übt die Düsenfeder 63 eine schließende Kraft auf die Düsennadel 3 aus, drückt diese also gegen den Düsennadelsitz 7.

In der Hülse 61 ist eine Zulaufdrossel 65 ausgebildet, die den Steuerraum 5 mit dem Druckraum 6 verbindet. Der Druck im Steuerraum 5, der ebenfalls eine schließende Kraft auf die Düsennadel 3 ausübt, wird von dem Ventil 10 gesteuert. Dazu führt die in dem Ventilkörper 21 angeordnete Ablaufdrossel 25 vom Steuerraum 5 in den Hochdruckraum 23 auf der steuerraumabgewandten Seite des Ventilkörpers 21. Bei geöffnetem Ventil 10 ist weiterhin die hydraulische Verbindung vom Hochdruckraum 23 zum Niederdruckraum 24 geöffnet. Das Ventil 10 selbst ist ähnlich dem bereits in der Fig.l beschriebenen aufgebaut. Der Magnetaktor 30 ist außerdem durch eine nicht dargestellte Vorrichtung fest mit dem Haltekörper 4 verspannt.

Eine Injektormutter 57 ist fest mit dem Haltekörper 4 verschraubt und positioniert dadurch die Ausgleichscheibe 33, Teile des Ventils 10 und den Magnetaktor 30 innerhalb des Haltekörpers 4.

In dem Ausführungsbeispiel der Fig.2 weist der Ventilkörper 21 einen Führungsbereich 21a auf, der die Ventilhülse 12 radial umgebend angeordnet ist und optional diese an ihrer äußeren Mantelfläche führt. In dem Führungsbereich 21a ist zumindest eine Durchgangsbohrung 21b ausgebildet, die den Niederdruckraum 24 mit einem Rücklaufraum 24b verbindet, welcher wiederum mit einer nicht dargestellten Rücklaufleitung des Kraftstoffinjektors 1 hydraulisch verbunden ist.

Das Ventil 10 des Ausführungsbeispiels der Fig.2 ist nicht druckausgeglichen, da sich an die Führungsbohrung 13 im Bereich des Hochdruckraums 23 eine sich erweiternde konische Fläche 13a anschließt, an deren Ende die Ventilhülse 12 mit dem Ventilsitz 22 zusammenwirkt. Bei geschlossenem Ventil 10, also bei Anlage der Ventilhülse 2 an den Ventilsitz 22 wirken die hydraulischen Kräfte auf die Ventilhülse 12 in Öffnungsrichtung, da der Durchmesser der Führungsbohrung 13 kleiner als der Durchmesser des Ventilsitzes 22 ist.

Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der Fiq.1 ist in der Ausführung der Fiq.2 nur eine Umfangsnut 41 auf der Mantelfläche des Ventilkolbens 14 ausgebildet; jedoch ist in alternativen Ausführungen auch hier die Anordnung einer weiteren Umfangsnut möglich bzw. die Anordnung mehrerer weiterer Umfangsnuten.

Fiq.3 verdeutlicht die Notation für die erfindungsgemäße Positionierung der Umfangsnuten 41 , 42. Der Leckagespalt 15 ist über die Führungslänge L ausgebildet und reicht von einer an den Hochdruckraum 23 angrenzenden Ventilkolbenkante 14b bis zu einer Führungsbohrungskante 13b, an der sich die Führungsbohrung 13 erweitert und die an den Niederdruckbereich des Ventils 10 angrenzt. Alternativ können die beiden Kanten 13b, 14b auch jeweils am gegenüberliegenden Partner, also Ventilhülse 12 oder Ventilkolben 14 ausgebildet sein. Die beiden Kanten 13b, 14b sollen lediglich der Veranschaulichung dienen, wie die Führungslänge L definiert ist.

Der Abstand Li bezeichnet den axialen Abstand der Umfangsnut 41 von der Ventilkolbenkante 14b und der weitere Abstand L ₂ den axialen Abstand der weiteren Umfangsnut 42 von der Ventilkolbenkante 14b.

Erfindungsgemäß sind die beiden Umfangsnuten 41 , 42 folgendermaßen durch die Längen Li und L ₂ im Verhältnis zur Führungslänge L positioniert:

- Fall 1 : am Ventilkolben 14 ist lediglich eine Umfangsnut 41 ausgebildet. Die Länge des Abstands beträgt 0,64 ^* L bis 0,83*L, vorzugsweise 0,76 ^* L. - Fall 2: am Ventilkolben 14 sind die Umfangsnut 41 und die weitere Umfangs- nut 42 ausgebildet. Die Länge des Abstands Li beträgt 0,72 ^* L bis 0,89 ^* L, vorzugsweise 0,79*L. Die Länge des weiteren Abstands L ₂ beträgt 0,47*L bis 0,62 ^* L, vorzugsweise 0,54*L.

Aufgrund der fertigbaren Toleranzen sind dabei die vorzugsweisen Längen für die beiden Abstände Li und L ₂ breiter zu gestalten als oben angegeben, nämlich:

- Für Fall 1 beträgt die Länge des Abstands Li vorzugsweise 0,75 ^* L bis 0,76*L.

- Für Fall 2 betragen die Länge des Abstands vorzugsweise 0,78*L bis

0,80*L und die Länge des weiteren Abstands L ₂ vorzugsweise 0,53 ^* L bis 0,55 ^* L.

Die Breite und Tiefe der Umfangsnuten 41 , 42 im Querschnitt betragen in besonders vorteilhaften Ausführungen jeweils 25 pm bis 100 μιη bei einem Durchmesser der Führungsbohrung von 0,7 mm bis 2,5 mm und einer Führungslänge L von 4 mm bis 10 mm. Die Form der Umfangsnuten 41 , 42 im Querschnitt ist dabei beispielsweise rechteckig, trapezförmig oder konkav.

Fiq.4 zeigt die auf den Ventilkolben 14 wirkende Querkraft F _Q in Newton in Abhängigkeit der Positionierung der Umfangsnut 41 - als Verhältnis des Abstands LT zur Führungslänge L - für den Fall, dass nur eine Umfangsnut 41 vorhanden ist. Die Kurve der Fiq.4 wurde dabei anhand von Strömungsrechnungen ermittelt. Ein ausgeprägtes Minimum ist im Bereich von L^L = 0,64...0,83 zu erkennen.

Fiq.5 zeigt den zum Ausführungsbeispiel der Fiq.4 gehörenden Leckagestrom V _L /min in Abhängigkeit der Positionierung der Umfangsnut 41 , also die

Leckagemenge, die pro Minute durch den Leckagespalt 15 fließt, wenn nur eine Umfangsnut 41 vorhanden ist. Auch hier ist ein deutliches Minimum ist im Bereich von L-i/L = 0,64...0,83 zu erkennen.

Analoge Kurven können für den Fall 2, also für den Fall von zwei Umfangsnuten 41 , 42 ermittelt werden. Für den Fall 2 erhält man Kurvenscharen, da ja sowohl der Abstand Li als auch der weitere Abstand L ₂ variabel ist. Die Auswertung dieser Kurvenscharen ergibt dann die Festlegung der oben schon beschriebenen optimierten Längen für den Abstand L-i und den weiteren Abstand L ₂ . Die Figuren 6a, 6b, 6c zeigen lokale Druckverläufe an der Position x über die Führungslänge L entlang des Leckagespalts 15 bei schiefstehendem Ventilkolben 14, wobei die Führungslänge L beispielhaft ca. 5,1 mm beträgt. Dabei wird jeweils eine obere Druckkurve p ₀ und eine zu dieser um 180° versetzte Druckkurve p _u dargestellt, welche jeweils in axialer Richtung des Ventilkolbens 14 verlaufen. Hierbei befindet sich der Ventilkolben 14 schief innerhalb der Ventilhülse 12. Diese ist durch den hohen Druck zwangsläufig lokal elastisch aufgeweitet mit daraus resultierender lokaler Aufweitung des Leckagespaltes 15.

Dabei zeigt:

• Fig.6a die Druckverläufe ohne Umfangsnut,

• Fiq.6b die Druckverläufe mit einer Umfangsnut 41 ,

• Fig.6c die Druckverläufe mit einer Umfangsnut 41 und einer weiteren Umfangsnut 42.

Der Druck wird jeweils entlang des Leckagespalts 15 über die Führungslänge L von beispielhaft ca. 2000 bar im Hochdruckraum 23 auf annähernd Atmosphärendruck im Niederdruckbereich abgebaut. In der Ausführung der Fig.6a - also ohne Umfangsnut - ist deutlich zu erkennen, dass die obere Druckkurve p ₀ von der unteren Druckkurve p _u stark abweicht. Das heißt, dass bei schiefstehendem Ventilkolben 14 der hydraulische Druck im Leckagespalt 15 über den Umfang nicht gleichverteilt ist und es dadurch zu großen Querkräften auf Ventilkolben 14 und Ventilhülse 12 kommt.

In der Ausführung der Fig.6b mit einer Umfangsnut 41 , positioniert bei x = 0,76*L, ist eine deutliche Angleichung der Verläufe von oberer Druckkurve p ₀ und unterer Druckkurve p _u zu sehen. Speziell im Bereich von x ~ 0,76 ^* L verlaufen p ₀ und p _u nahezu deckungsgleich.

In der Ausführung der Fig.6c mit einer Umfangsnut 41 , positioniert bei x = 0,79*L, und einer weiteren Umfangsnut 42, positioniert bei x = 0,54 ^* L, ist eine weitere Angleichung der Verläufe von oberer Druckkurve p ₀ und unterer Druckkurve p _u zu sehen. In den Bereichen von x ~ 0,54*L und x ~ 0,79*L verlaufen p ₀ und p _u nahezu deckungsgleich. Durch die beiden Umfangsnuten 41 , 42 ist die hydraulische Druckverteilung im Leckagespalt 15 also deutlich homogener als ohne Umfangsnut. Weiterhin ist der Leckageverlust minimiert.

Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Ventils 10 ist wie folgt:

Zum Öffnen des Ventils 10 wird der Magnetaktor 30 bestromt, so dass der Magnetanker 31 einschließlich der Ventilhülse 12 entgegen der Federkraft der Ventilfeder 32 in Richtung des Magnetaktors 30 bewegt wird. Dabei hebt die Ventilhülse 12 vom Ventilsitz 22 ab und öffnet das Ventil 10. Kraftstoff kann somit aus dem Hochdruckraum 23 in den Niederdruckraum 24, welcher beispielsweise mit einer Rücklaufleitung oder Leckageleitung verbunden ist, abfließen. Wird die Bestromung des Magnetaktors 30 beendet, bewirkt die Federkraft der Ventilfeder 32 eine Rückstellung des Magnetankers 31 und damit der Ventilhülse 12 in den Ventilsitz 22. Der Druck im Hochdruckraum 23 steigt daraufhin wieder an, da der Hochdruckraum 23 über die Ablaufdrossel 25 mit einem weiteren unter Hochdruck stehenden Volumen, beispielsweise dem Steuerraum 5 eines Kraftstoffinjektors 1 verbunden ist. Der Leckagespalt 15 zwischen der Führungsbohrung 13 und der Ventilhülse 12 ist derart gering gewählt, dass eine Abdichtung des Hochdruckraums 23 entlang der Führungslänge L bewirkt wird.

Die Abdichtung des Hochdruckraums 23 entlang der Führungslänge L bewirkt hydraulische Kräfte auf Ventilhülse 12 und Ventilkolben 14 und eine

Leckageströmung entlang des Leckagespalts 15. Die Leckageströmung wird durch die Position der Umfangsnut 41 , und optional der weiteren Umfangsnut 42, derart positiv beeinflusst, dass die hydraulischen Querkräfte stark verringert werden, Ventilhülse 12 und Ventilkolben 14 parallel zueinander ausgerichtet werden und im Idealfall die hydraulischen Kräfte sogar die Ventilhülse 12 und den Ventilkolben 14 koaxial zueinander positionieren. Der Verschleiß zwischen Ventilkolben 14 und Ventilhülse 12 wird dadurch minimiert oder sogar vermieden, ebenso der Verschleiß zwischen Ventilhülse 12 und Ventilsitz 22.